(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭の少なくとも頭部の内側に中詰めコンクリートが打設され、
平面視で前記鋼管杭の内径側に収まるように設けられて前記中詰めコンクリートと基礎とを接合する、前記鋼管杭の内径より小径で、前記中詰めコンクリートよりも強度が高い小径部と、
前記鋼管杭と前記中詰めコンクリートとのずれを抑制するずれ抑制手段と、
を備え、
前記小径部は、その上部が前記基礎に埋め込まれ、その下部が前記中詰めコンクリートに埋め込まれ、外周面に凸部が存しない鋼管を備え、
前記ずれ抑制手段は、前記鋼管の下端よりも深層側のみに深さ方向に間隔を空けて配され、それぞれ円環状に湾曲されて前記鋼管杭の内周面に接合された複数のフラットバーである鋼管杭と基礎との接合構造。
【請求項２】
２又は３の前記フラットバーが、前記鋼管の下端よりも深層側のみに配されている請求項１に記載の鋼管杭と基礎との接合構造。
【請求項３】
前記中詰めコンクリート内の前記小径部と前記フラットバーとの間には、補強鉄筋が配筋されている請求項１又は請求項２に記載の鋼管杭と基礎との接合構造。
【請求項４】
少なくとも頭部の内側に中詰めコンクリートを打設する鋼管杭と基礎との接合方法であって、
平面視で前記鋼管杭の内径側に収まるように、前記鋼管杭の内径より小径で前記中詰めコンクリートよりも強度が高い小径部を、外周面に凸部が存しない鋼管をその上部を前記基礎に埋め込みその下部を前記中詰めコンクリートに埋め込み、該鋼管の内側にコンクリートを充填することにより設けて、当該小径部で前記中詰めコンクリートと前記基礎とを接合し、
円環状に湾曲させた複数のフラットバーを、前記鋼管の下端よりも深層側のみに深さ方向に間隔を空けて前記鋼管杭の内周面に接合することにより、前記鋼管杭と前記中詰めコンクリートとのずれを抑制するずれ抑制手段を設ける鋼管杭と基礎との接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭と基礎との接合構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート製の杭と躯体（基礎）との接合構造として、杭と躯体とを、杭頭部よりも小径で、杭本体よりも強度が高いコンクリート部材（以下、小径部という）を介して接合したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この接合構造によれば、躯体が地震時の水平力を受けた場合に杭と躯体との接合部に生じる曲げモーメントを緩和することが可能となり、これにより、杭と躯体との接合部における躯体断面や鉄筋を減らす等して、コストを削減することができる。また、小径部の鉛直荷重及びせん断荷重の伝達性能を確保することが可能となり、杭の支持力を有効に発揮させることができる。
【０００３】
また、鋼管杭と上部構造物（基礎）との接合構造として、杭頭部を上部構造物に埋め込むと共に、接合鉄筋を杭頭部の中詰めコンクリートに配筋したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この接合構造では、鋼管杭の内周面にずれ止めのための段差部が設けられている。この接合構造によれば、上部構造物が地震時の水平力を受けた場合に杭と上部構造物との接合部に生じる曲げモーメントに対する耐力を高めることができる。また、中詰めコンクリートには地震時に引張力が作用するところ、鋼管杭の内周面に段差部が設けられていることにより、引張力によって生じる中詰めコンクリートと鋼管杭との相対的な滑り（ずれ）が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９―２９３３５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の鋼管杭と上部構造物との接合構造では、接合部に生じる曲げモーメントに対する耐力は高められているものの、杭頭部の太さが均一であることから、接合部に生じる曲げモーメントを緩和することができない。そこで、特許文献１に記載の接合構造のように杭頭部に小径部を形成するべく、鋼管杭の上端を上部構造物から離間させ、中詰めコンクリートと上部構造物との接合部を小径部とすることが考えられる。この場合、上部構造物から小径部及び中詰めコンクリートに圧縮荷重が作用するところ、その荷重が、小径部及び中詰めコンクリートから鋼管杭に伝達されることで、杭の支持力が有効に発揮される。そのためには、小径部及び中詰めコンクリートの強度を確保すると共に、圧縮力によって生じる中詰めコンクリートと鋼管杭との相対的な滑り（ずれ）を抑制することを要する。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、地震発生時に鋼管杭の中詰めコンクリートと基礎との接合部に生じる曲げモーメントを緩和させると共に、杭の支持力を有効に発揮させることができる、鋼管杭と基礎との接合構造及び方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る鋼管杭と基礎との接合構造は、鋼管杭の少なくとも頭部の内側に中詰めコンクリートが打設され、平面視で前記鋼管杭の内径側に収まるように設けられて前記中詰めコンクリートと基礎とを接合する、前記鋼管杭の内径より小径で、前記中詰めコンクリートよりも強度が高い小径部と、前記鋼管杭と前記中詰めコンクリートとのずれを抑制するずれ抑制手段と、を備え、前記小径部は、その上部が前記基礎に埋め込まれ、その下部が前記中詰めコンクリートに埋め込まれ、外周面に凸部が存しない鋼管を備え、前記ずれ抑制手段は、前記鋼管の下端よりも深層側のみに深さ方向に間隔を空けて配され、それぞれ円環状に湾曲されて前記鋼管杭の内周面に接合された複数のフラットバーである。
【０００８】
上記鋼管杭と基礎との接合構造において、２又は３の前記フラットバーが、前記鋼管の下端よりも深層側のみに配されていてもよい。
【０００９】
上記鋼管杭と基礎との接合構造において、前記中詰めコンクリート内の前記小径部と前記フラットバーとの間には、補強鉄筋が配筋されていてもよい。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る鋼管杭と基礎とを接合する施工方法は、少なくとも頭部の内側に中詰めコンクリートを打設する鋼管杭と基礎との接合方法であって、平面視で前記鋼管杭の内径側に収まるように、前記鋼管杭の内径より小径で前記中詰めコンクリートよりも強度が高い小径部を、外周面に凸部が存しない鋼管をその上部を前記基礎に埋め込みその下部を前記中詰めコンクリートに埋め込み、該鋼管の内側にコンクリートを充填することにより設けて、当該小径部で前記中詰めコンクリートと前記基礎とを接合し、円環状に湾曲させた複数のフラットバーを、前記鋼管の下端よりも深層側のみに深さ方向に間隔を空けて前記鋼管杭の内周面に接合することにより、前記鋼管杭と前記中詰めコンクリートとのずれを抑制するずれ抑制手段を設ける。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、地震発生時に鋼管杭の中詰めコンクリートと基礎との接合部に生じる曲げモーメントを緩和させると共に、杭の支持力を有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る鋼管杭と基礎との接合構造を示す鉛直断面図である。
【図２】鋼管杭を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る接合構造の実用性を確認するための実験に用いる鋼管杭の試験体を示す鉛直断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、試験体の諸元を示す表である。
【図５】載荷装置を示す立面図である。
【図６】実験結果を示す表である。
【図７】試験体に載荷する圧縮荷重と、中詰めコンクリートと鋼管杭との軸方向への相対変位量との関係を示すグラフである。
【図８】他の実施形態に係る接合構造を示す鉛直断面図である。
【図９】実験を行った結果、試験体の中詰めコンクリートが破壊した状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る鋼管杭２０と基礎１との接合構造１０を示す鉛直断面図である。この図に示すように、接合構造１０は、鋼管杭２０と基礎１との接合部に設けられた小径部３０を備えている。鋼管杭２０は、円筒状の鋼製の杭であり、その内部には天端面から所定深さまで中詰めコンクリート２４が打設されている。
【００１４】
小径部３０は、鋼管３２とその内側に充填された中詰めコンクリート３４とからなる鋼管コンクリートである。鋼管３２は、その外径が鋼管杭２０の内径よりも小径であり、鋼管杭２０と同軸に、平面視で鋼管杭２０の内径側に収まるように配されている。ここで、鋼管３２の下端は、鋼管杭２０の上端より下側に配されており、鋼管３２の下部は、中詰めコンクリート２４に埋め込まれている。また、中詰めコンクリート３４は、鋼管３２の上端まで打設されている。なお、中詰めコンクリート２４と中詰めコンクリート３４との材料特性は同一である。
【００１５】
また、基礎１は、鉄筋コンクリート製であり、基礎１の下端と鋼管杭２０の上端とは離間されている。ここで、鋼管３２の上端は、基礎１の下端より上側に配されており、鋼管３２の上部は、基礎１に埋め込まれている。
【００１６】
図２は、鋼管杭２０を示す斜視図である。この図に示すように、鋼管杭２０の内周面には、複数の凸部２２が設けられている。各凸部２２は、円環状に湾曲されたフラットバーが鋼管杭２０の内周面に溶接されてなる。複数の凸部２２は、深さ方向に配されており、中詰めコンクリート２４に埋め込まれている。また、各凸部２２の底側には、複数のストッパー２６が周方向に所定間隔おきに配されている。各ストッパー２６は、鋼管杭２０の内周面に溶接された板片であり、各凸部２２は、その下から突出する複数のストッパー２６と一体的に構成されている。
【００１７】
このような接合構造１０は、以下のようにして構築される。まず、複数の凸部２２及びストッパー２６が一体化された鋼管杭２０を、打ち込み工法等の杭打設工法により地盤に打設する。次に、鋼管杭２０の内側の所定深さまで土砂を埋め戻す。その後、鋼管杭２０の内側の所定深さから上端まで中詰めコンクリート２４を打設し、中詰めコンクリート２４が硬化する前に、鋼管３２を、その下部が中詰めコンクリート２４に埋め込まれるように設置する。その後、中詰めコンクリート３４を鋼管３２の内側に充填する。
【００１８】
そして、中詰めコンクリート２４、３４が硬化した後、基礎１の下面の高さまで土砂を埋め戻す。次に、基礎１の鉄筋を配筋して基礎１を構成するコンクリートを打設して硬化させる。なお、鋼管杭２０の内側の所定深さまで土砂を埋め戻す工程は必須ではなく、鋼管杭２０の内側の所定深さの位置に底蓋を設置し、該底蓋から鋼管杭２０の上端まで中詰めコンクリート２４を打設してもよい。
【００１９】
以上のようにして構築された接合構造１０では、鋼管杭２０と基礎１とが、互いに離間されて、鋼管杭２０より小径の鋼管３２及びその内側に充填された中詰めコンクリート３４とからなる小径部３０により接合されている。これにより、鋼管杭２０と基礎１との接合部の回転拘束を減らすことができ、基礎１及びその上の建物が地震時の水平力を受けた場合に鋼管杭２０と基礎１との接合部の曲げ変形性能を確保し、当該接合部に生じる曲げモーメントを緩和することができる。
【００２０】
また、本実施形態に係る接合構造１０では、小径部３０が、鋼管３２内に中詰めコンクリート３４が充填されてなる鋼管コンクリートであり、鋼管杭２０内の中詰めコンクリート２４よりもせん断強度や圧縮強度が高くなるように構成されている。これにより、鋼管杭２０の頭部と基礎１との接合部を小径部とすることによる、当該接合部のせん断強度や圧縮強度の低下、即ち鋼管杭２０の支持力の低下を抑制できる。また、鋼管杭２０の内周面に内周側へ突出する環状の凸部２２を設けており、この凸部２２を、中詰めコンクリート２４と鋼管杭２０とのずれを抑制するずれ抑制部として機能させている。これにより、基礎１から小径部３０及び中詰めコンクリート２４に作用する圧縮荷重を、鋼管杭２０に伝達させることができる。従って、鋼管杭２０の支持力を有効に発揮させることができる。
【００２１】
また、本実施形態に係る接合構造１０では、鋼管３２の上部が基礎１に埋め込まれ、鋼管３２の下部が中詰めコンクリート２４に埋め込まれていることから、鋼管３２、基礎１及び中詰めコンクリート２４によるダボ効果により、当該接合部のせん断強度をより一層向上させることができる。
【００２２】
図３は、本実施形態に係る接合構造１０の実用性を確認するための実験に用いる鋼管杭の試験体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（以下、Ａ〜Ｄという）を示す鉛直断面図である。また、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、試験体Ａ〜Ｄの諸元を示す表である。これらの図に示すように、試験体Ａ〜Ｄの鋼管杭２０は、φ５０８ｍｍの一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）であり、試験体Ａ〜Ｄの鋼管３２は、φ３１８．５ｍｍ、厚さｔ＝６ｍｍ（実際の計測値は５．７１ｍｍ）の一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）であり、試験体Ａ〜Ｄの中詰めコンクリート２４、３４は、設計基準強度Ｆｃ２４のコンクリートである。また、凸部２２を構成するフラットバーは、厚さが９ｍｍ、幅が２５ｍｍの鋼材である。
【００２３】
また、試験体Ａの鋼管杭２０の厚さは、従来から一般的に用いられている鋼管杭の厚さでｔ＝６．４ｍｍ（実際の計測値は６．１２ｍｍ）であり、試験体Ｂ、Ｃ、Ｄの鋼管杭２０の厚さは、実験時に小径部３０より先に降伏しないようにするためにｔ＝１２．７ｍｍ（実際の計測値は１２ｍｍ）である。また、試験体Ａ、Ｂ、Ｃの鋼管杭２０の長さは１２００ｍｍであり、試験体Ｄの鋼管杭２０の長さは１７００ｍｍである。また、試験体Ａ、Ｂでは、凸部２２を２段設け、試験体Ｃ、Ｄでは、凸部２２を３段設けている。
【００２４】
また、試験体Ａの鋼管杭２０は、弾性係数が２０３０００Ｎ／ｍｍ２、降伏強度が３３７Ｎ／ｍｍ２の鋼管であり、試験体Ｂ、Ｃ、Ｄは、弾性係数が２０２０００Ｎｍｍ２、降伏強度が３４５Ｎｍｍ２の鋼管である。また、全ての試験体Ａ〜Ｄの鋼管３２は、弾性係数が２０５０００Ｎ／ｍｍ２、降伏強度が２７７Ｎ／ｍｍ２の鋼管である。さらに、凸部２２を構成するフラットバーは、弾性係数が２０６０００Ｎ／ｍｍ２、降伏強度が３０３Ｎ／ｍｍ２の鋼板である。
【００２５】
また、試験体Ａ、Ｂ、Ｃの中詰めコンクリート２４の打設深さは６００ｍｍであり、試験体Ｄの中詰めコンクリート２４の打設深さは１１００ｍｍである。さらに、中詰めコンクリート２４、３４は、ヤング係数が２８８６７Ｎ／ｍｍ２、圧縮強度が３０．５Ｎ／ｍｍ２、割裂強度が２．８Ｎ／ｍｍ２のコンクリートである。
【００２６】
図５は、試験体Ａ〜Ｄに対して圧縮荷重を載荷するための載荷装置５０を示す立面図である。この図に示すように、載荷装置５０は、試験体Ａ〜Ｄの下端が固定される固定台５２と、固定台５２の上方に設置されたジャッキ架台５４と、ジャッキ架台５４に支持された油圧ジャッキ５６とを備える。試験体Ａ〜Ｄは、固定台５２と油圧ジャッキ５６との間にこれらに上下に挟まれるように設置され、油圧ジャッキ５６から軸方向の圧縮荷重を受ける。なお、油圧ジャッキ５６の定格出力は、圧縮で２００００ｋＮである。
【００２７】
本実験では、上記載荷装置５０を用いて、試験体Ａ〜Ｄの圧縮軸耐力を測定したところ、その結果は、図６の表、図７のグラフに示すようになった。ここで、図７のグラフは、試験体Ａ〜Ｄに載荷する圧縮荷重と、中詰めコンクリート２４と鋼管杭２０との軸方向の相対変位量との関係を示している。
【００２８】
ここで、試験体Ａ〜Ｄに与えた圧縮荷重の最大値が、試験体Ａ〜Ｄの圧縮軸耐力に相当するところ、試験体Ａ〜Ｄの圧縮軸耐力はそれぞれ、２１００ｋＮ、２２４８ｋＮ、４２００ｋＮ、４１０４ｋＮとなった。なお、試験体Ａ〜Ｄに与えた最大の圧縮荷重を与えたときの中詰めコンクリート２４と鋼管杭２０との軸方向の相対変位量はそれぞれ、１．４６ｍｍ、１．８６ｍｍ、３．５５ｍｍ、３．２２ｍｍとなった。
【００２９】
図６の表に示すように、試験体Ｃ、Ｄは、中詰めコンクリート２４の打設深さを除いて条件が共通であるが、試験体Ｃよりも打設深さが浅い試験体Ｄの圧縮軸耐力が、試験体Ｃの圧縮軸耐力よりも大きくなっていることを考えると、中詰めコンクリート２４の打設深さは試験体の圧縮軸耐力に影響しないことが解る。
【００３０】
一方、試験体Ｂ、Ｃは、凸部２２の段数を除いて条件が共通であるが、試験体Ｂよりも凸部２２の段数が多い試験体Ｃの圧縮軸耐力が、試験体Ｂの圧縮軸耐力よりも格段に大きくなっていることを考えると、凸部２２の段数が試験体の圧縮軸耐力に与える影響は大きく、凸部２２の段数を多くするほど、試験体の圧縮軸耐力が大きくなることが解る。
【００３１】
ここで、φ５０８ｍｍ、ｔ＝６．４ｍｍの鋼管の設計上の圧縮軸耐力Ｐｄは下記（１）式で示すように、２３７０ｋＮであるのに対し、試験体Ｃ、Ｄの圧縮軸耐力は４０００ｋＮ以上と約１．７倍である。
Ｐｄ＝Ａｔ・Ｆ＝（π／４）・（Ｄ０２−Ｄｉ２）・Ｆ
＝（π／４）・（５０８２−４９５．２２）・２３５＝２３７０（ｋＮ）・・・（１）
なお、Ａｔは鋼管の断面積、Ｆは鋼材の圧縮耐力、Ｄ０は鋼管の外径、Ｄｉは鋼管の内径である。
【００３２】
以上、本実験により、本実施形態に係る接合構造１０によれば実用上の十分な圧縮軸耐力を確保できることが確認できた。
【００３３】
図８は、他の実施形態に係る接合構造１００を示す鉛直断面図である。この図に示すように、接合構造１００では、中詰めコンクリート２４に円環状又はスパイラル状に形成されたフープ筋１０２が埋設されている。このフープ筋１０２は、小径部３０の底部近傍から鋼管杭２０の深さ方向へ、鋼管杭２０の軸心周りに旋回する環状部が並ぶように配筋されている。また、フープ筋１０２の内周側には鋼管杭２０の軸方向に沿って縦筋１０４が配筋されている。
【００３４】
ここで、フープ筋１０２の直径は、小径部３０の直径よりも大きく設定されており、フープ筋１０２と縦筋１０４とは、小径部３０の鋼管３２より外径側に配筋されている。即ち、フープ筋１０２と縦筋１０４とは、小径部３０の鋼管３２の底端外周縁部と凸部２２との間に配筋されている。
【００３５】
図９は、上述の実験を行った結果、試験体Ａ〜Ｄの中詰めコンクリート２４が破壊した状況を示している。この図に示すように、試験体Ａ〜Ｄの中詰めコンクリート２４が圧縮軸耐力程度の圧縮荷重を受けて破壊した場合には、小径部３０の鋼管３２の底端外周縁部から凸部２２に向かって亀裂が生じることが、上述の実験を行ったことにより解った。
【００３６】
そこで、本実施形態に係る接合構造１００では、小径部３０の鋼管３２の底端外周縁部と凸部２２との間の部位に、フープ筋１０２及び縦筋１０４を配筋して、中詰めコンクリート２４の当該部位を補強している。これにより、中詰めコンクリート２４の圧縮強度を高め、以って、接合構造１００の圧縮軸耐力をより大きくすることができる。
【００３７】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の各実施形態では、小径部３０を、鋼管３２の内側に中詰めコンクリート３４を充填した鋼管コンクリートとしたが、小径部３０の構成は適宜変更してもよい。例えば、鋼管３２を設けることは必須ではなく、中詰めコンクリート３４のみで小径部３０を構成してもよい。この場合、プレキャストコンクリート製のブロック体にしてもよい。ここで、該ブロック体を製作するためのコンクリートとしては、中詰めコンクリート３４よりも強度が高いコンクリートであることを要する。また、小径部３０をコンクリートで構成することは必須ではなく、鋼材等の圧縮力が高い部材であれば採用できる。さらに、鋼管３２は、ＦＲＰ等の高強度の管材に替えてもよい。
【００３８】
また、上述の各実施形態では、鋼管杭２０と中詰めコンクリート２４との「ずれ抑制手段」を、フラットバーを湾曲させて鋼管杭２０の内周面に溶接してなる凸部２２とした。しかし、これに替えて、異形鉄筋や定着プレート等を、鋼管杭２０に固定して中詰めコンクリート２４に埋設してもよい。この場合、異形鉄筋や定着プレート等がアンカーとして機能することにより、鋼管杭２０と中詰めコンクリート２４との相対的な軸方向の滑りが抑制される。
【００３９】
また、上述の各実施形態では、中詰めコンクリート２４と基礎１との接合部に鉄筋を配筋していないが、鋼管３２を貫通して上下両端が中詰めコンクリート２４と基礎１とに埋設されるように鉄筋を配筋してもよい。この場合、地震時に鋼管杭２０に作用する引抜力に鉄筋が抵抗することになり、基礎１の浮上りを抑制することができる。
【００４０】
また、鋼管杭２０と基礎１とを接合する方法における施工手順は、上述したものは一例であり、適宜変更してもよい。例えば、小径部３０の鋼管３２を中詰めコンクリート２４の打設後に鋼管杭２０の上端に設置することは必須ではなく、鋼管３２を予め鋼管杭２０と一体化しておいてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  基礎、１０  接合構造、２０  鋼管杭、２２  凸部（ずれ抑制手段）、２４  中詰めコンクリート、２６  ストッパー、３０  小径部、３２  鋼管、３４  中詰めコンクリート、１００  接合構造、１０２  フープ筋（補強鉄筋）、１０４  縦筋（補強鉄筋）
【図１】
0005691507.tif 000002
【図２】
0005691507.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005691507.tif 000007
【図７】
0005691507.tif 000008
【図８】
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【図９】
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